[发明专利]一种深层页岩水平井压裂多簇裂缝异步起裂延伸计算方法

说明书

本发明公开一种深层页岩水平井压裂多簇裂缝异步起裂延伸计算方法，包括计算压裂过程中各簇裂缝的长度、高度、宽度，以及缝内压力；计算各簇裂缝尖端转向角度；计算压裂过程中各簇裂缝分得压裂液流量；继续进行下一时步内的裂缝延伸计算，直到压裂时间结束，确定压裂结束时各簇裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度；绘制各簇裂缝长度随时间变化曲线、压裂结束时各簇裂缝延伸空间展布图。本发明考虑了深层页岩水平井各簇射孔位置处地层应力非均质性变化对裂缝起裂延伸的影响，可对各簇裂缝的起裂时间与延伸路径进行准确预测；解决了深层页岩地层应力分布不均匀，水力压裂时多簇裂缝起裂延伸不同步，缺乏快速准确的多簇裂缝异步起裂延伸计算方法的问题。

技术领域

本发明涉及一种深层页岩水平井压裂多簇裂缝异步起裂延伸计算方法，属于页岩气开发技术领域。

背景技术

近年来，随着水平井分段分簇压裂技术的广泛应用，国内外已逐步实现了中浅层页岩气的商业化高效开发，并正在向深层页岩气领域进军。相比于中浅层页岩气，深层页岩气地层应力高、压力高、温度高，并且地质构造相对复杂，地层应力变化较大。因此，深层页岩气水平井段不同位置处地层应力条件存在明显差异，导致压裂过程中不同射孔簇位置处的水力裂缝起裂时间有所不同。由此可见，深层页岩地层应力非均匀特征，可显著影响水平井压裂多簇裂缝起裂延伸行为。

中浅层页岩气地层地质构造运动相对平缓，地层应力在一定区域内变化不大，水平井压裂过程中各簇水力裂缝同步起裂延伸。2010年，Meyer等人基于有限差分方法，模拟计算了页岩气水平井压裂裂缝同步起裂正交平面延伸行为。压裂过程中，由于多簇裂缝相互之间存在应力干扰效应，可能出现非均匀、非平面延伸现象。2015年，郭建春等人基于有限元方法，模拟计算了页岩气水平井压裂多簇裂缝同步起裂非均匀平面延伸行为。随后，Wu等人(2015)，Kresse和Weng(2018)、Liu等人(2019)、Zheng等人(2020)分别基于边界元、离散元等方法，模拟计算了页岩气水平井压裂多簇裂缝同步起裂非均匀非平面延伸行为。

综上所述，目前所有页岩气水平井压裂裂缝起裂延伸模拟研究中，多簇裂缝均为同步起裂，仅适用于中浅层页岩气地层。而深层页岩气水平井压裂过程中，由于地层应力分布不均匀，多簇裂缝通常存在异步起裂延伸的现象。因此，亟需建立一种深层页岩水平井压裂多簇裂缝异步起裂延伸计算方法，充分考虑深层页岩水平井各簇射孔位置处地层应力非均质性变化对裂缝起裂延伸的影响，进而对各簇裂缝的起裂时间与延伸路径进行准确预测，为深层页岩压裂优化设计奠定理论基础。

发明内容

为了克服现有技术中的深层页岩地层应力分布不均匀，水力压裂时多簇裂缝起裂延伸不同步，缺乏快速准确的多簇裂缝异步起裂延伸计算方法的问题，本发明提供一种深层页岩水平井压裂多簇裂缝异步起裂延伸计算方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种深层页岩水平井压裂多簇裂缝异步起裂延伸计算方法，包括：

根据目标深层页岩水平井的地层参数、射孔参数、压裂参数以及深层页岩水平井压裂水力裂缝起裂延伸模型确定压裂过程中各簇裂缝的长度、高度、宽度，以及缝内压力；

根据目标深层页岩水平井的地层参数、射孔参数以及深层页岩水平井压裂水力裂缝转向延伸模型确定压裂过程中各簇裂缝尖端转向角度；

根据目标深层页岩水平井的地层参数、射孔参数、压裂参数、缝内压力以及深层页岩水平井压裂多簇裂缝流量分配模型确定压裂过程中各簇裂缝分得压裂液流量；

根据压裂过程中各簇裂缝尖端转向角度、各簇裂缝分得压裂液流量继续进行下一时步内的裂缝延伸计算，直到压裂时间结束，确定压裂结束时各簇裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度数据；

根据压裂结束时各簇裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度数据绘制压裂过程中各簇裂缝长度随时间变化曲线、压裂结束时各簇裂缝延伸空间展布图。

进一步的技术方案是，所述深层页岩水平井压裂水力裂缝起裂延伸模型包括：